KR102635584B1 - Elastic tactile sensor having bump structure and manufactuing method thereof - Google Patents

Elastic tactile sensor having bump structure and manufactuing method thereof Download PDF

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Abstract

탄성 촉각 센서 및 그 제조 방법이 개시된다. 개시되는 일 실시예에 따른 탄성 촉각 센서는, 탄성 및 절연성을 갖는 제1 베이스 부재, 제1 베이스 부재의 상면에 제1 베이스 부재의 길이 방향을 따라 형성되고, 외부에서 가해지는 압력에 따라 저항 값이 변하도록 마련되는 감지 라인, 제1 베이스 부재의 상부에 마련되고, 탄성 및 절연성을 갖는 제2 베이스 부재, 및 제2 베이스 부재의 하면에서 돌출되어 형성되는 하나 이상의 범프를 포함한다.An elastic tactile sensor and a method of manufacturing the same are disclosed. The elastic tactile sensor according to the disclosed embodiment includes a first base member having elasticity and insulation, formed on the upper surface of the first base member along the longitudinal direction of the first base member, and having a resistance value according to pressure applied from the outside. It includes a sensing line provided to change, a second base member provided on an upper part of the first base member and having elasticity and insulating properties, and one or more bumps protruding from the lower surface of the second base member.

Description

범프 구조를 가지는 탄성 촉각 센서 및 그 제조 방법{ELASTIC TACTILE SENSOR HAVING BUMP STRUCTURE AND MANUFACTUING METHOD THEREOF}Elastic tactile sensor having a bump structure and method of manufacturing the same {ELASTIC TACTILE SENSOR HAVING BUMP STRUCTURE AND MANUFACTUING METHOD THEREOF}

본 발명의 실시예는 범프 구조를 가지는 탄성 촉각 센서 및 그 제조 방법과 관련된다.Embodiments of the present invention relate to an elastic tactile sensor having a bump structure and a method of manufacturing the same.

접촉을 통한 주변 환경의 정보(예를 들어, 접촉력, 진동, 표면의 거칠기, 열전도도에 대한 온도변화 등)를 획득하는 촉각 센싱 기술은 차세대 정보수집을 위한 기술로 인식되고 있다. 최근, 촉각 감각을 대체할 수 있는 생체 모방형 촉각 센서는 혈관 내의 미세 수술, 암 진단 등의 각종 의료 진단 및 시술에 사용될 뿐만 아니라 향후 가상 환경 구현 기술에 적용될 수 있기 때문에 그 중요성이 증가하고 있다. 종래의 촉각 센서는 외부 가압에 의한 변화를 정확하게 감지하기 어려운 문제점이 있다.Tactile sensing technology, which obtains information about the surrounding environment through contact (for example, contact force, vibration, surface roughness, temperature change in thermal conductivity, etc.), is recognized as a technology for next-generation information collection. Recently, the importance of biomimetic tactile sensors, which can replace the tactile sense, is increasing because they are not only used in various medical diagnosis and procedures such as intravascular microsurgery and cancer diagnosis, but can also be applied to virtual environment implementation technology in the future. Conventional tactile sensors have a problem in that it is difficult to accurately detect changes caused by external pressure.

한국등록특허공보 제10-1759120호(2017.07.21)Korean Patent Publication No. 10-1759120 (2017.07.21)

본 발명의 실시예는 센서의 민감도를 향상시킬 수 있는 탄성 촉각 센서 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다. Embodiments of the present invention are intended to provide an elastic tactile sensor that can improve the sensitivity of the sensor and a method of manufacturing the same.

개시되는 일 실시예에 따른 탄성 촉각 센서는, 탄성 및 절연성을 갖는 제1 베이스 부재; 상기 제1 베이스 부재의 상면에 상기 제1 베이스 부재의 길이 방향을 따라 형성되고, 외부에서 가해지는 압력에 따라 저항 값이 변하도록 마련되는 감지 라인; 상기 제1 베이스 부재의 상부에 마련되고, 탄성 및 절연성을 갖는 제2 베이스 부재; 및 상기 제2 베이스 부재의 하면에서 돌출되어 형성되는 하나 이상의 범프를 포함한다.An elastic tactile sensor according to an embodiment disclosed includes: a first base member having elasticity and insulation; a sensing line formed on the upper surface of the first base member along the longitudinal direction of the first base member and provided to have a resistance value that changes according to pressure applied from the outside; a second base member provided on the first base member and having elasticity and insulating properties; and one or more bumps protruding from the lower surface of the second base member.

상기 범프는, 상기 감지 라인과 대응하는 위치에 마련되고, 상기 감지 라인의 상부에서 상기 감지 라인과 접촉되어 마련될 수 있다.The bump may be provided at a position corresponding to the sensing line and may be provided in contact with the sensing line at an upper portion of the sensing line.

상기 범프는, 상기 제2 베이스 부재의 하면에서 상기 감지 라인을 따라 복수 개가 상호 이격하여 마련될 수 있다.A plurality of the bumps may be provided on the lower surface of the second base member and spaced apart from each other along the sensing line.

상기 범프는, 하단으로 갈수록 직경이 좁아지는 형태로 마련될 수 있다.The bump may be provided in a shape where the diameter becomes narrower toward the bottom.

개시되는 일 실시예에 따른 탄성 촉각 센서의 제조 방법은, 탄성 및 절연성을 갖는 제1 베이스 부재를 마련하는 단계; 탄성 및 절연성을 가지며, 일면에 하나 이상의 범프가 돌출되는 제2 베이스 부재를 마련하는 단계; 상기 제1 베이스 부재의 일면에 상기 제1 베이스 부재의 길이 방향을 따라 감지 라인을 형성하는 단계; 상기 제1 베이스 부재의 상부에 상기 범프가 상기 감지 라인과 대응하도록 상기 제2 베이스 부재를 위치시키고, 상기 제1 베이스 부재와 상기 제2 베이스 부재를 접합시키는 단계; 및 상기 감지 라인의 양단에 상기 감지 라인의 저항 변화를 측정하는 도선을 연결하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing an elastic tactile sensor according to an disclosed embodiment includes providing a first base member having elasticity and insulating properties; providing a second base member that has elasticity and insulating properties and has one or more bumps protruding from one surface; forming a sensing line on one surface of the first base member along the longitudinal direction of the first base member; positioning the second base member on an upper part of the first base member so that the bump corresponds to the sensing line, and bonding the first base member and the second base member; and connecting a conductor for measuring a change in resistance of the sensing line to both ends of the sensing line.

상기 감지 라인을 형성하는 단계는, 전도성 나노 튜브를 포함하는 슬러리를 마련하는 단계; 및 상기 슬러리를 적층 제조 장치의 노즐을 통해 상기 제1 베이스 부재의 일면에 압출하는 단계를 포함할 수 있다.Forming the sensing line includes preparing a slurry containing conductive nanotubes; and extruding the slurry onto one surface of the first base member through a nozzle of an additive manufacturing device.

상기 슬러리를 마련하는 단계는, 전도성 나노 튜브 입자를 이소프로필 알코올 용액에 30분 간격으로 분산 및 초음파 처리하는 단계; 20 중량%의 메틸기 말단(methyl group-terminated) PDMS를 상기 용액에 첨가하고 초음파 처리하는 단계; 80 중량%의 PDMS 예비중합체(prepolymer)를 상기 용액에 혼합하여 초음파 처리하는 단계; 및 용매를 증발시킨 후 10 중량%의 PDMS 가교제를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.Preparing the slurry includes dispersing and sonicating conductive nanotube particles in an isopropyl alcohol solution at intervals of 30 minutes; Adding 20% by weight of methyl group-terminated PDMS to the solution and sonicating it; Mixing 80% by weight of PDMS prepolymer into the solution and sonicating it; And it may include mixing 10% by weight of PDMS cross-linking agent after evaporating the solvent.

상기 제2 베이스 부재를 마련하는 단계는, 상기 제2 베이스 부재의 일면에 복수 개의 범프를 일직선 상으로 상호 이격하여 마련하는 단계를 포함하고, 상기 접합시키는 단계는, 상기 복수 개의 범프가 상기 감지 라인을 따라 배열되도록 상기 제2 베이스 부재를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다.The step of providing the second base member includes providing a plurality of bumps on one surface of the second base member in a straight line and spaced apart from each other, and the bonding step includes forming the plurality of bumps into the sensing line. It may include positioning the second base member to be arranged along .

개시되는 실시예에 의하면, 제2 베이스 부재의 하면에 범프를 형성하고, 범프가 제1 베이스 부재의 감지 라인을 압박하도록 함으로써, 상부 또는 하부에서 외부 압력이 가해질 때 감지 라인의 저항 변화를 보다 확실하게 유도할 수 있으며, 그로 인해 탄성 감지 센서의 민감도를 높일 수 있게 된다.According to the disclosed embodiment, a bump is formed on the lower surface of the second base member, and the bump presses the sensing line of the first base member, thereby more reliably changing the resistance of the sensing line when external pressure is applied from the top or bottom. can be induced, and as a result, the sensitivity of the elasticity sensor can be increased.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 촉각 센서를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 촉각 센서를 나타낸 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 감지 라인(104)의 저항 값이 변화되는 원리를 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 촉각 센서의 제조 방법을 나타낸 흐름도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 촉각 센서의 제조 방법을 나타낸 모식도
1 is a perspective view showing an elastic tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view showing an elastic tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of changing the resistance value of the sensing line 104 in one embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flow chart showing a method of manufacturing an elastic tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram showing a method of manufacturing an elastic tactile sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The detailed description below is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terminology used in the detailed description is merely for describing embodiments of the present invention and should in no way be limiting. Unless explicitly stated otherwise, singular forms include plural meanings. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and one or more than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other characteristic, number, step, operation, element, or part or combination thereof.

한편, 상측, 하측, 일측, 타측 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성 요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있으므로, 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.Meanwhile, directional terms such as upper side, lower side, one side, other side, etc. are used in relation to the orientation of the disclosed drawings. Since the components of embodiments of the present invention can be positioned in various orientations, the term directional is used for illustrative purposes and is not limiting.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Additionally, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 촉각 센서를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 촉각 센서를 나타낸 단면도이다. Figure 1 is a perspective view showing an elastic tactile sensor according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a cross-sectional view showing an elastic tactile sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 탄성 촉각 센서(100)는 제1 베이스 부재(102), 감지 라인(104), 및 제2 베이스 부재(106)를 포함한다. 탄성 촉각 센서(100)는 제1 베이스 부재(102), 감지 라인(104), 및 제2 베이스 부재(106)가 모두 탄성체로 제작되어 상부 또는 하부에서 압력이 가해지면 압력에 의해 체적이 변화되면서 감지 라인(104)의 저항 변화(즉, 변화된 저항 값)를 측정하도록 마련될 수 있다. 1 and 2, the elastic tactile sensor 100 includes a first base member 102, a sensing line 104, and a second base member 106. In the elastic tactile sensor 100, the first base member 102, the sensing line 104, and the second base member 106 are all made of an elastic material, and when pressure is applied from the top or bottom, the volume changes due to the pressure. It may be arranged to measure a change in resistance (i.e., changed resistance value) of the sensing line 104.

제1 베이스 부재(102)는 탄성 및 절연성을 가지는 재료(예를 들어, 비전도성 폴리머 등)로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 베이스 부재(102)는 PDMS(poly dimethylsiloxane)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 베이스 부재(102)는 플레이트 형태로 마련될 수 있다. The first base member 102 may be made of a material having elasticity and insulating properties (eg, non-conductive polymer, etc.). In an exemplary embodiment, the base member 102 may be made of poly dimethylsiloxane (PDMS), but is not limited thereto. The first base member 102 may be provided in a plate shape.

감지 라인(104)은 제1 베이스 부재(102) 상에 마련될 수 있다. 감지 라인(104)은 제1 베이스 부재(102)의 길이 방향을 따라 마련될 수 있다. 즉, 감지 라인(104)은 제1 베이스 부재(102)의 상면의 일단에서 타단까지 제1 베이스 부재(102)를 가로질러 마련될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 감지 라인(104)은 제1 베이스 부재(102)의 길이 방향의 중심축을 따라 마련될 수 있다. 감지 라인(104)의 양단에는 감지 라인(104)의 저항 변화를 측정할 수 있는 도선(미도시)이 연결될 수 있다.The sensing line 104 may be provided on the first base member 102. The sensing line 104 may be provided along the longitudinal direction of the first base member 102. That is, the sensing line 104 may be provided across the first base member 102 from one end of the upper surface of the first base member 102 to the other end. In an exemplary embodiment, the sensing line 104 may be provided along the longitudinal central axis of the first base member 102. Conductive wires (not shown) that can measure changes in resistance of the sensing line 104 may be connected to both ends of the sensing line 104.

감지 라인(104)은 외부에 의해 가해지는 압력에 의해 체적이 변화되면서 저항 값이 변하도록 마련될 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에서 감지 라인(104)의 저항 값이 변화되는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 감지 라인(104)은 탄성을 갖는 액상에 전도성 나노 튜브(113)를 분산시켜 경화한 것으로, 전도성 나노 튜브(113)들의 사이에 수많은 터널(Rtunneling)을 형성하게 된다. The sensing line 104 may be provided so that its resistance value changes as its volume changes due to pressure applied from the outside. Figure 3 is a diagram for explaining the principle by which the resistance value of the sensing line 104 changes in one embodiment of the present invention. Referring to (a) of FIG. 3, the sensing line 104 is hardened by dispersing conductive nanotubes 113 in an elastic liquid, and has numerous tunnels (R tunneling ) between the conductive nanotubes 113. is formed.

여기서, 외부 압력에 의해 체적 변화가 일어나면, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 체적 변화가 전도성 나노 튜브(113) 사이의 거리를 변화시켜 전체 저항의 크기가 변화되며, 변화된 전체 저항을 감지 라인(104)의 양 단부에 연결되는 도선(미도시)을 통해 감지하게 되는 것이다.Here, when a volume change occurs due to external pressure, as shown in (b) of Figure 3, the volume change changes the distance between the conductive nanotubes 113, thereby changing the size of the total resistance, and the changed total resistance is It is detected through conductors (not shown) connected to both ends of the detection line 104.

즉, 전도성 나노 튜브(113)는 감지 라인(104) 내에서 상호 연결된 구조가 아니라 단락된 형태로 분산되는데, 감지 라인(104)에 전원이 인가되면 단락된 전도성 나노 튜브(113)에 의해 감지 라인(104)이 단전되는 것이 아니라 수많은 터널(Rtunneling)에 의해 저항을 받으면서 통전되게 된다. 따라서, 평상 시에는 도 3의 (a)와 같이 일정 저항 값을 가지나, 도 3의 (b)와 같이 외부 압력에 의해 체적 변화가 일어나면 전도성 나노 튜브(113)들의 이격 거리가 변하면서 전체 저항 값이 변화하게 되는 것이다. That is, the conductive nanotubes 113 are distributed in a short-circuited form rather than an interconnected structure within the sensing line 104. When power is applied to the sensing line 104, the short-circuited conductive nanotubes 113 (104) is not disconnected, but conducts electricity while receiving resistance through numerous tunnels (R tunneling ). Therefore, in normal times, the resistance value is constant as shown in (a) of FIG. 3, but when the volume changes due to external pressure as shown in (b) of FIG. 3, the separation distance of the conductive nanotubes 113 changes and the total resistance value decreases. This is going to change.

예시적인 실시예에서, 감지 라인(104)은 전도성 나노 튜브(113)로서 MWCNT(Multi-Walled Carbon Nano Tube)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 SWCNT(Single- Walled Carbon Nano Tube), 그래핀(Graphene) 등을 포함할 수 있느나, 이에 한정되는 것은 아니며 감지 라인(104)은 구리, 은, 금 등과 같은 전도성 재료로 이루어질 수도 있다.In an exemplary embodiment, the sensing line 104 may include, but is not limited to, a multi-walled carbon nano tube (MWCNT) as the conductive nanotube 113, such as a single-walled carbon nano tube (SWCNT). It may include, but is not limited to, a pin (Graphene), and the sensing line 104 may be made of a conductive material such as copper, silver, gold, etc.

제2 베이스 부재(106)는 제1 베이스 부재(102)의 상부에 마련될 수 있다. 제2 베이스 부재(106)는 제1 베이스 부재(102)와 대응하여 마련될 수 있다. 제2 베이스 부재(106)는 플레이트 형태로 마련될 수 있다. 제2 베이스 부재(106)는 제1 베이스 부재(102)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. The second base member 106 may be provided on top of the first base member 102. The second base member 106 may be provided to correspond to the first base member 102. The second base member 106 may be provided in a plate shape. The second base member 106 may be made of the same material as the first base member 102.

제2 베이스 부재(106)의 하면(즉, 제1 베이스 부재(102)의 상면과 대향하는 면)에는 하나 이상의 범프(108)가 돌출되어 마련될 수 있다. 범프(108)는 감지 라인(104)과 대응하여 마련될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 베이스 부재(106)의 하면에는 복수 개의 범프(108)가 돌출되어 마련될 수 있다. 이때, 복수 개의 범프(108)는 감지 라인(104)과 대응하여 감지 라인(104)을 따라 상호 이격하여 마련될 수 있다. One or more bumps 108 may be provided to protrude from the lower surface of the second base member 106 (that is, the surface opposite to the upper surface of the first base member 102). The bump 108 may be provided to correspond to the sensing line 104. In an exemplary embodiment, a plurality of bumps 108 may be provided to protrude from the lower surface of the second base member 106. At this time, a plurality of bumps 108 may be provided to correspond to the sensing line 104 and be spaced apart from each other along the sensing line 104 .

복수 개의 범프(108)는 감지 라인(104)을 압박하도록 마련될 수 있다. 즉, 복수 개의 범프(108)의 하단은 감지 라인(104)과 접촉하도록 마련될 수 있다. 복수 개의 범프(108)는 하단으로 갈수록 직경이 좁아지는 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 범프(108)는 반구(hemisphere) 또는 마이크로돔(microdome) 형태로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 복수 개의 범프(108)의 하단은 감지 라인(104)의 폭 보다 넓은 면적을 가지도록 마련될 수 있다. A plurality of bumps 108 may be provided to press the sensing line 104. That is, the lower ends of the plurality of bumps 108 may be provided to contact the sensing line 104. The plurality of bumps 108 may be provided in a shape where the diameter becomes narrower toward the bottom. For example, the plurality of bumps 108 may have a hemisphere or microdome shape, but are not limited thereto. The lower ends of the plurality of bumps 108 may be provided to have an area larger than the width of the sensing line 104.

여기서, 상부 또는 하부에서 외압이 가해지면, 제2 베이스 부재(106)의 하면에서 돌출된 복수 개의 범프(108)가 감지 라인(104)을 집중적으로 압박하게 되므로, 감지 라인(104)의 저항 값이 확실하게 변하게 된다. 따라서, 탄성 감지 센서(100)의 민감도를 높일 수 있게 된다. Here, when external pressure is applied from the top or bottom, the plurality of bumps 108 protruding from the lower surface of the second base member 106 intensively pressure the sensing line 104, so the resistance value of the sensing line 104 This will definitely change. Accordingly, the sensitivity of the elasticity detection sensor 100 can be increased.

개시되는 실시예에 의하면, 제2 베이스 부재(106)의 하면에 범프(108)를 형성하고, 범프(108)가 제1 베이스 부재(102)의 감지 라인(104)을 압박하도록 함으로써, 상부 또는 하부에서 외부 압력이 가해질 때 감지 라인(104)의 저항 변화를 보다 확실하게 유도할 수 있으며, 그로 인해 탄성 감지 센서(100)의 민감도를 높일 수 있게 된다.According to the disclosed embodiment, a bump 108 is formed on the lower surface of the second base member 106, and the bump 108 presses the sensing line 104 of the first base member 102, so that the upper or When external pressure is applied from the bottom, a change in resistance of the detection line 104 can be induced more reliably, thereby increasing the sensitivity of the elasticity detection sensor 100.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 촉각 센서의 제조 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 촉각 센서의 제조 방법을 나타낸 모식도이다.FIG. 4 is a flowchart showing a method of manufacturing an elastic tactile sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic diagram showing a method of manufacturing an elastic tactile sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5를 참조하면, 기 제작된 제1 금형(202)을 이용하여 제1 베이스 부재(102)를 형성하고, 기 제작된 제2 금형(204)을 이용하여 제2 베이스 부재(104)를 형성한다(S 101). Referring to Figures 4 and 5, the first base member 102 is formed using the previously manufactured first mold 202, and the second base member 104 is formed using the previously manufactured second mold 204. ) to form (S 101).

예시적인 실시예에서, 제1 금형(202)에 PDMS(poly dimethylsiloxane) 주재와 PDMS 경화제를 혼합 투입하여 일정 형태로 성형하고, 제2 금형(204)에 PDMS 주재와 PDMS 경화제를 혼합 투입하여 일정 형태로 성형할 수 있다(도 5의 (a)). 이때, PDMS 주재와 PDMS 경화제의 혼합 비율은 10 : 0.4 ~ 10 : 1.4의 질량비로 혼합할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In an exemplary embodiment, the PDMS (poly dimethylsiloxane) base and PDMS curing agent are mixed and molded into a predetermined shape by adding a mixture to the first mold 202, and the PDMS base and PDMS curing agent are mixed and added to the second mold 204 to form a predetermined shape. It can be molded (Figure 5(a)). At this time, the mixing ratio of PDMS base and PDMS curing agent can be mixed at a mass ratio of 10:0.4 to 10:1.4, but is not limited to this.

즉, PDMS 주재와 PDMS 경화제의 혼합 비율에 따라 제1 베이스 부재(102) 및 제2 베이스 부재(104)의 탄성 계수가 변하게 되며, 그에 따라 동일한 압력을 가해도 제1 베이스 부재(102) 및 제2 베이스 부재(104)의 변형량이 달라지기 때문에, 압력의 적용 범위에 따라 PDMS 주재와 PDMS 경화제의 혼합 비율을 다르게 적용하여 제1 베이스 부재(102) 및 제2 베이스 부재(104)의 탄성 계수를 조절할 수 있다. That is, the elastic modulus of the first base member 102 and the second base member 104 changes depending on the mixing ratio of the PDMS main material and the PDMS curing agent, and accordingly, even if the same pressure is applied, the first base member 102 and the second base member 104 2 Since the amount of deformation of the base member 104 varies, the mixing ratio of the PDMS main material and PDMS curing agent is applied differently depending on the application range of pressure to increase the elastic modulus of the first base member 102 and the second base member 104. It can be adjusted.

한편, 여기서는 제1 베이스 부재(102) 및 제2 베이스 부재(104)를 PDMS 주재와 PDMS 경화제를 이용하여 형성하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 베이스 부재(102) 및 제2 베이스 부재(104)는 그 이외의 다른 탄성 재료로 제작될 수 있음은 물론이다.Meanwhile, herein, it has been described that the first base member 102 and the second base member 104 are formed using a PDMS main material and a PDMS curing agent, but this is not limited to the first base member 102 and the second base member 104. Of course, (104) can be made of other elastic materials.

여기서, 제2 금형(204)에는 범프(108)를 형성하기 위한 홈(204a)이 마련될 수 있다. 홈(204a)은 범프(108)와 대응되는 형상으로 마련된다.Here, the second mold 204 may be provided with a groove 204a for forming the bump 108. The groove 204a is provided in a shape corresponding to the bump 108.

다음으로, 제1 베이스 부재(102)와 제2 베이스 부재(104)를 각각 경화시킨다(S 103). 구체적으로, 제1 베이스 부재(102)가 수용된 제1 금형(202) 및 제2 베이스 부재(104)가 수용된 제2 금형(204)을 가열 챔버 내부에 투입하고 일정 온도(예를 들어, 80℃)로 약 2시간 동안 가열하여 제1 베이스 부재(102) 및 제2 베이스 부재(104)를 경화시킬 수 있다. 이때, 제1 베이스 부재(102)와 제2 베이스 부재(104)를 동시에 가열 챔버에 투입하여 경화시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 베이스 부재(102)와 제2 베이스 부재(104)를 따로 가열 챔버에 투입하여 경화시킬 수도 있다. Next, the first base member 102 and the second base member 104 are respectively hardened (S 103). Specifically, the first mold 202 in which the first base member 102 is accommodated and the second mold 204 in which the second base member 104 is accommodated are placed into a heating chamber and heated to a certain temperature (for example, 80° C. ) can be heated for about 2 hours to harden the first base member 102 and the second base member 104. At this time, the first base member 102 and the second base member 104 can be cured by putting them into the heating chamber at the same time, but this is not limited to this and the first base member 102 and the second base member 104 It can also be hardened by putting it into a separate heating chamber.

다음으로, 제1 베이스 부재(102) 상에 감지 라인(104)을 인쇄한다(S 105). 예시적인 실시예에서, 감지 라인(104)은 적층 제조 방식(일명, 3D 프린터 방식) 중 DIW(Direct Ink Writing) 공정에 의해 인쇄할 수 있다. Next, the detection line 104 is printed on the first base member 102 (S 105). In an exemplary embodiment, the sensing line 104 may be printed using a Direct Ink Writing (DIW) process among additive manufacturing methods (aka, 3D printing methods).

구체적으로, 전도성 나노 튜브를 포함하는 슬러리를 제작하고, 제작된 슬러리를 DIW 공정 장치의 노즐을 통해 토출하여 제1 베이스 부재(102) 상에 감지 라인(104)을 성형할 수 있다. 이때, 상기 슬러리는 MWCNT(Multi-Walled Carbon Nano Tube)와 같은 전도성 나노 튜브를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 SWCNT(Single- Walled Carbon Nano Tube), 그래핀(Graphene) 등을 포함할 수도 있다.Specifically, a slurry containing conductive nanotubes may be produced, and the produced slurry may be discharged through a nozzle of a DIW process device to form the sensing line 104 on the first base member 102. At this time, the slurry may contain conductive nanotubes such as MWCNT (Multi-Walled Carbon Nano Tube), but is not limited thereto and may also include SWCNT (Single-Walled Carbon Nano Tube), graphene, etc. there is.

한편, 전도성 나노 튜브를 포함하는 슬러리는 다음과 같은 방법으로 제작될 수 있다. 먼저, 전도성 나노 튜브 입자(예를 들어, MWCNT)(입자 길이 5~ 20㎛, 입자 직경 10-30㎚)를 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol) 용액에 30분 간격으로 분산(dispersed) 및 초음파 처리(sonicated)할 수 있다. 그 후, 20 중량 %(wt%)의 메틸기 말단(methyl group-terminated) PDMS를 용액에 첨가하고 추가로 초음파 처리를 할 수 있다. 다음으로, 80 중량 %(wt%)의 PDMS 예비중합체(prepolymer)를 용액에 혼합하여 초음파 처리하고, 용매를 증발시킨 후 PDMS 가교제를 10:1의 비율(또는 10 중량 %)로 혼합하여 전도성 나노 튜브를 포함하는 슬러리를 제조할 수 있다. Meanwhile, a slurry containing conductive nanotubes can be produced by the following method. First, conductive nanotube particles (e.g., MWCNT) (particle length 5-20㎛, particle diameter 10-30㎚) were dispersed and sonicated in an isopropyl alcohol solution at 30-minute intervals ( sonicated) can be done. Afterwards, 20 wt% of methyl group-terminated PDMS can be added to the solution and further sonicated. Next, 80% by weight (wt%) of PDMS prepolymer was mixed into the solution and sonicated, and after evaporating the solvent, PDMS crosslinker was mixed at a ratio of 10:1 (or 10% by weight) to form conductive nanostructures. A slurry containing a tube can be prepared.

다음으로, 제1 베이스 부재(102) 상에 형성된 감지 라인(104)을 경화시킨다(S 107). 구체적으로, 감지 라인(104)이 형성된 제1 베이스 부재(102)를 가열 챔버 내부에 투입하고 일정 온도(예를 들어, 80℃)로 약 2시간 동안 가열하여 감지 라인(104)을 경화시킬 수 있다.Next, the sensing line 104 formed on the first base member 102 is cured (S 107). Specifically, the first base member 102 on which the sensing line 104 is formed is placed into a heating chamber and heated at a constant temperature (e.g., 80° C.) for about 2 hours to cure the sensing line 104. there is.

다음으로, 감지 라인(104)이 형성된 제1 베이스 부재(102)의 상부에 제2 베이스 부재(106)를 위치시키고 제1 베이스 부재(102)와 제2 베이스 부재(106)를 접합시킨다(S 109). 이때, 제2 베이스 부재(106)의 범프(108)들이 감지 라인(104)의 상부에서 감지 라인(104)을 따라 배열되도록 위치시킬 수 있다. Next, the second base member 106 is placed on the upper part of the first base member 102 where the sensing line 104 is formed, and the first base member 102 and the second base member 106 are joined (S 109). At this time, the bumps 108 of the second base member 106 may be positioned to be arranged along the sensing line 104 at the top of the sensing line 104 .

예를 들어, 제1 베이스 부재(102)와 제2 베이스 부재(106)는 접착제를 이용하여 접합시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 베이스 부재(102) 및 제2 베이스 부재(106) 전체를 별도의 구조물로 감싸는 등 그 이외의 다양한 방법이 적용될 수 있다.For example, the first base member 102 and the second base member 106 may be joined using an adhesive, but this is not limited to this, and the entire first base member 102 and the second base member 106 may be joined together. Various other methods can be applied, such as wrapping it in a separate structure.

다음으로, 감지 라인(104)의 양단에 감지 라인(104)의 저항 변화를 측정하기 위한 도선(112)을 연결한다(S 111).Next, a conductor 112 for measuring the change in resistance of the sensing line 104 is connected to both ends of the sensing line 104 (S 111).

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although representative embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims described later but also by equivalents to the claims.

100 : 탄성 촉각 센서
102 : 제1 베이스 부재
104 : 감지 라인
106 : 제2 베이스 부재
108 : 범프
112 : 도선
113 : 전도성 나노 튜브
202 : 제1 금형
204 : 제2 금형
204a : 홈
100: elastic tactile sensor
102: first base member
104: detection line
106: second base member
108: bump
112: conductor
113: Conductive nanotubes
202: first mold
204: second mold
204a: Home

Claims (8)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 탄성 및 절연성을 갖는 제1 베이스 부재를 마련하는 단계;
탄성 및 절연성을 가지며, 일면에 하나 이상의 범프가 돌출되는 제2 베이스 부재를 마련하는 단계;
상기 제1 베이스 부재의 일면에 상기 제1 베이스 부재의 길이 방향을 따라 감지 라인을 형성하는 단계;
상기 제1 베이스 부재의 상부에 상기 범프가 상기 감지 라인과 대응하도록 상기 제2 베이스 부재를 위치시키고, 상기 제1 베이스 부재와 상기 제2 베이스 부재를 접합시키는 단계; 및
상기 감지 라인의 양단에 상기 감지 라인의 저항 변화를 측정하는 도선을 연결하는 단계를 포함하고,
상기 감지 라인을 형성하는 단계는,
전도성 나노 튜브를 포함하는 슬러리를 마련하는 단계; 및
상기 슬러리를 적층 제조 장치의 노즐을 통해 상기 제1 베이스 부재의 일면에 압출하는 단계를 포함하며,
상기 슬러리를 마련하는 단계는,
전도성 나노 튜브 입자를 이소프로필 알코올 용액에 기 설정된 시간 간격으로 분산 및 초음파 처리하는 단계;
20 중량%의 메틸기 말단(methyl group-terminated) PDMS를 상기 용액에 첨가하고 초음파 처리하는 단계;
80 중량%의 PDMS 예비중합체(prepolymer)를 상기 용액에 혼합하여 초음파 처리하는 단계; 및
용매를 증발시킨 후 10 중량%의 PDMS 가교제를 혼합하는 단계를 포함하는, 탄성 촉각 센서의 제조 방법.
providing a first base member having elasticity and insulating properties;
providing a second base member that has elasticity and insulating properties and has one or more bumps protruding from one surface;
forming a sensing line on one surface of the first base member along the longitudinal direction of the first base member;
positioning the second base member on an upper part of the first base member so that the bump corresponds to the sensing line, and bonding the first base member and the second base member; and
Connecting a conductor for measuring a change in resistance of the sensing line to both ends of the sensing line,
The step of forming the sensing line is,
preparing a slurry containing conductive nanotubes; and
Extruding the slurry onto one surface of the first base member through a nozzle of an additive manufacturing device,
The step of preparing the slurry is,
Dispersing and sonicating the conductive nanotube particles in an isopropyl alcohol solution at preset time intervals;
Adding 20% by weight of methyl group-terminated PDMS to the solution and sonicating it;
Mixing 80% by weight of PDMS prepolymer into the solution and sonicating it; and
A method of manufacturing an elastic tactile sensor, comprising the step of evaporating the solvent and then mixing 10% by weight of a PDMS cross-linker.
삭제delete 삭제delete 청구항 5에 있어서,
상기 제2 베이스 부재를 마련하는 단계는, 상기 제2 베이스 부재의 일면에 복수 개의 범프를 일직선 상으로 상호 이격하여 마련하는 단계를 포함하고,
상기 접합시키는 단계는, 상기 복수 개의 범프가 상기 감지 라인을 따라 배열되도록 상기 제2 베이스 부재를 위치시키는 단계를 포함하는, 탄성 촉각 센서의 제조 방법.
In claim 5,
The step of providing the second base member includes providing a plurality of bumps on one surface of the second base member in a straight line and spaced apart from each other,
The bonding step includes positioning the second base member such that the plurality of bumps are arranged along the sensing line.
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